旋翼飞行器|地球以外的第一架航空器将会是直升机而非飞机，本月底飞向火星
“即将到来”的地外航空器首飞
1972年6月12日 ， 伊斯特尔机场 ， 法国宇航公司的首席试飞员让·布勒特驾驶该公司的第一架SA315型直升机爬升到了海拔12442米的高空 ， 创下了直升机飞行海拔的世界纪录 。 有意思的是 ， NASA（美国国家航空航天局）计划在大概一年之内 ， 在“这个世界记录2.5倍的高海拔空域环境下”飞一飞其研制的一型电动直升机 。
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▲SA315直升机是一型法印合作的轻型直升机 ， 专门针对高原性能进行了优化设计
对于专注直升机或者军事科技领域的读者朋友 ， 读到这儿 ， 想必已经知道这架直升机的来历了 。 没错 ， 这架NASA出品的小型无人直升机正是以红色星球——火星——为目标的一架旋翼类航空器 ， 尽管它只需要在距离火星地面5米高处飞行 ， 但是其气动环境大致与咱们地球上海拔30480米处的气动环境相当 。
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▲火星2020“漫游者”探测车登陆火星的艺术渲染图
这架火星无人直升机将会被折叠起来然后安装在NASA的“火星2020漫游者”探测器上 ， 该车长3米 ， 宽2.7米 ， 高2.13米 ， 总重约为1025公斤 。 “漫游者”计划在本月月底发射 ， 如果一切顺利 ， 将会在明年2月18日登陆火星 ， 所以说 ， 火星直升机将会经历7个月左右的太空旅程 。
火星直升机项目主要是由NASA的“喷气推进实验室”负责的 ， 此次无人直升机登陆火星对他们来说主要还是一次技术上的演示验证——他们希望知道如此设计的旋翼类飞行器是否真的能够在这颗红色星球上面飞行 。 如果此次测试时成功的话 ， 那么NASA势必会借助此次研制的经验和试飞的数据来打造一架更大的火星直升机 ， 以便搭载各种科学仪器来推进火星探测工作 。
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▲火星直升机设计团队正在安装该机的旋翼系统测试设备
火星的大气层（95%）与地球有着极大的区别 ， 其密度大约只有地球的1% ， 这就使得基于气动飞行的航空器在火星上飞行极其困难 。 正如前文所述 ， 火星上飞行五米高度的空气密度大概就相当于地球上3万米高空的空气密度 ， 还有一个问题是火星上几乎没有空气流动 ， 这也是火星直升机旋翼设计转速高达2800RPM（常规直升机的5~10倍）的几个原因 。
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▲火星的大气层和地球的大气层可谓是天差地别
可以说 ， 要在火星这种大气环境下飞直升机 ， 可比布勒特把SA315飞到万米高空要难得多 ， 那到底是什么给了NASA的研究人员设计这样一种直升机的信心呢？答案就是：重力 。
尽管火星的大气密度远低于地球 ， 但同时 ， 火星的重力也比地球上小得多 ， 定量来说 ， 火星上的重力大概只有地球上的38% 。 在地球这种程度的引力条件下 ， 一架直升机要想飞到3万米高空无异于天方夜谭 ， 但是由于火星的引力比较小 ， 这方面的表现可能还要好一些 。
面向实际问题 ， 火星直升机设计概述
就尺寸而言 ， NASA火星直升机的大小和上世纪30年代美国航空发明家阿瑟·杨开发设计的遥控直升机差不多 ， 杨在上世纪40年代初向贝尔公司的负责人演示了他的发明创造 ， 由此拉开了他在贝尔公司创造直升机的传奇故事的序幕 ， 后人评价这段历史都认为阿瑟·杨在贝尔直升机公司发展历程中的作用几乎比肩贝尔本人 。
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▲阿瑟·杨和他的遥控直升机
言归正传 ， NASA希望这架小型无人直升机也想阿瑟·杨一样创造历史 ， 不同的是 ， 这段新的历史将会在火星上创造 。 火星直升机的旋翼直径为1.19米 ， 由AeroVironment公司所制造 ， 桨叶采用了泡沫填充芯和复合材料蒙皮 ， 并具有独特的扭转和弦长（最宽处高达150毫米）设计 。 影响桨叶外形设计的关键参数之一就是火星大气的雷诺数 ， 雷诺数表征的是在流体中运动的物体惯性力与粘性力的比值 ， 火星直升机的作业环境基本都是“低雷诺数区域” ， 所以其桨叶外形也要针对进行专门的优化设计 。
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